輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)解析

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1、高功率密度盤式輪轂電機(jī)集成技術(shù) 實(shí)能高科 一、輪轂技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 輪轂電機(jī)技術(shù)又稱車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合到輪轂內(nèi)，因此將電動(dòng)車輛的機(jī)械部分大大簡(jiǎn)化。早在1900年，就已經(jīng)制造出了前輪裝備輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車，在20世紀(jì)70年代，這一技術(shù)在礦山運(yùn)輸車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。 作為比較先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù),國(guó)外有很多研究所和公司都對(duì)輪轂電機(jī)進(jìn)行了專項(xiàng)研究,并已經(jīng)開始將其應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中。 位于美國(guó)加州的通用汽車高級(jí)技術(shù)研發(fā)中心成功地將自行研制的輪轂電機(jī)應(yīng)用到雪弗蘭s210皮卡車中。該電機(jī)給車輪增加的重量只有約15kg,卻可產(chǎn)生約25kW的功率,產(chǎn)生的扭矩比普通的 雪弗

2、蘭s210四缸皮卡車高出60%,加速性能也有所提高。 通用開發(fā)的為150噸的重型卡車設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)（內(nèi)燃動(dòng)力電傳動(dòng)） 典型內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 日本對(duì)輪轂電機(jī)研究起步早,技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先。日本慶應(yīng)義塾大學(xué)清水浩教授領(lǐng)導(dǎo) 的電動(dòng)汽車研究小組在過去10年中,研制的IZA、ECO、KAZ等電動(dòng)汽車均采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 其中后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車ECO采用的永磁無刷直流電機(jī),額定功率618kW,峰值功率可達(dá)20kW。 本田研發(fā)的輪轂電機(jī)實(shí)物 日本包含豐田在內(nèi)的各大公司在2003年?yáng)|京汽車展上紛紛推出自己的輪轂驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品,如:普利司通公司的動(dòng)力阻尼型車輪內(nèi)裝式電機(jī)系統(tǒng)、豐田公

3、司的燃料電池概念車FINE2N等等。 法國(guó)的TM4公司設(shè)計(jì)的一體化電動(dòng)輪,采用外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電動(dòng)機(jī),額定功率為1815kW,額定轉(zhuǎn)矩為950r/min,額定工況下的平 均效率可達(dá)96.13%,峰值功率可達(dá)80kW,峰值扭矩為670N?m,最高轉(zhuǎn)速為1385r/min。 目前國(guó)內(nèi)也有自主品牌汽車廠商開始研發(fā)此項(xiàng)技術(shù)，在2011年上海車展展出的瑞麒X1增程電動(dòng)車就采用了輪轂電機(jī)技術(shù)。 米其林研發(fā)的將輪轂電機(jī)和電子主動(dòng)懸掛都整合到輪內(nèi)的驅(qū)動(dòng)/懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式：內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式。其中外轉(zhuǎn)子式采用低速外傳子電機(jī)，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速在100

4、0-1500r/min，無減速裝置，車輪的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同；而內(nèi)轉(zhuǎn)子式則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，配備固定傳動(dòng)比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000r/min。隨著更為緊湊的行星齒輪減速器的出現(xiàn)，內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)在功率密度方面比低速外轉(zhuǎn)子式更具競(jìng)爭(zhēng)力。 二、 輪轂電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)1：電動(dòng)車/新能源結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單 類似上圖中這種傳統(tǒng)變速器在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上已經(jīng)見不到了 傳統(tǒng)后驅(qū)車車廂后排地板上的突起在電動(dòng)車上也會(huì)消失，為乘員騰出更大的空間 對(duì)于傳統(tǒng)車輛來說，離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器乃至分動(dòng)器都是必不可少的，而這些部件讓車輛的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，同時(shí)也存在需要定

5、期維護(hù)和故障率的問題。但是輪轂電機(jī)就很好地解決了這個(gè)問題。除開結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單之外，采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛可以獲得更好的空間利用率，同時(shí)傳動(dòng)效率非常高。 優(yōu)點(diǎn)2：可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式及組合 像AHED“先進(jìn)混合電驅(qū)動(dòng)”樣車這樣的8輪電驅(qū)動(dòng)很輕松就能實(shí)現(xiàn) 由于輪轂電機(jī)具備單個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的特性，因此無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式，它都可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)，全時(shí)四驅(qū)在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上實(shí)現(xiàn)起來非常容易。同時(shí)輪轂電機(jī)可以通過左右車輪的不同轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)類似履帶式車輛的差動(dòng)轉(zhuǎn)向，大大減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向（不過此時(shí)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪胎的磨損較大），對(duì)于特種車輛

6、很有價(jià)值。 優(yōu)點(diǎn)3：便于采用多種新能源平臺(tái)技術(shù) 采用輪轂電機(jī)可以匹配包括純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)車等多種新能源車型 輪轂電機(jī)可以和傳統(tǒng)動(dòng)力并聯(lián)使用，這對(duì)于混合動(dòng)力車型很有意義 新能源車型不少都采用電驅(qū)動(dòng)，因此輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)也就派上了大用場(chǎng)。無論是純電動(dòng)還是燃料電池電動(dòng)車，抑或是增程電動(dòng)車，都可以用輪轂電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力；即便是對(duì)于混合動(dòng)力車型，也可以采用輪轂電機(jī)作為起步或者急加速時(shí)的助力，可謂是一機(jī)多用。同時(shí)，新能源車的很多技術(shù)，比如制動(dòng)能量回收（即再生制動(dòng)）也可以很輕松地在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車型上得以實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)1：由于現(xiàn)有電機(jī)技術(shù)功率密度有限，增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

7、，對(duì)車輛的操控有所影響 鋁制下擺臂采用主要就為減重，如果加上輪轂電機(jī)，這些努力也就白費(fèi)了 對(duì)于普通民用車輛來說，常常用一些相對(duì)輕質(zhì)的材料比如鋁合金來制作懸掛的部件，以減輕簧下質(zhì)量，提升懸掛的響應(yīng)速度?？墒禽嗇炿姍C(jī)恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時(shí)也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這對(duì)于車輛的操控性能是不利的。不過考慮到電動(dòng)車型大多限于代步而非追求動(dòng)力性能，這一點(diǎn)尚不是最大缺陷。 但隨著未來汽車技術(shù)發(fā)展的需求，高功率密度的輪轂電機(jī)技術(shù)的尋找成為了關(guān)鍵。 缺點(diǎn)2：電制動(dòng)性能有限，維持制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行需要消耗不少電能 商用車車橋的內(nèi)置緩速器采用渦流制動(dòng)原理，而輪轂電機(jī)的制動(dòng)也可以利用這一原理

8、 現(xiàn)在的傳統(tǒng)動(dòng)力商用車已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動(dòng)原理（也即電阻制動(dòng)）的輔助減速設(shè)備，比如很多卡車所用的電動(dòng)緩速器。而由于能源的關(guān)系，電動(dòng)車采用電制動(dòng)也是首選，不過對(duì)于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，由于輪轂電機(jī)系統(tǒng)的電制動(dòng)容量較小，不能滿足整車制動(dòng)性能的要求，都需要附加機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，但是對(duì)于普通電動(dòng)乘用車，沒有了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)的真空泵，就需要電動(dòng)真空泵來提供剎車助力，但也就意味了有著更大的能量消耗，即便是再生制動(dòng)能回收一些能量，如果要確保制動(dòng)系統(tǒng)的效能，制動(dòng)系統(tǒng)消耗的能量也是影響電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的重要因素之一。但隨著高功率密度的輪轂電機(jī)的出現(xiàn)，可以提供更高的制動(dòng)能力，從而可以減小對(duì)附加機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的依

9、賴。 缺點(diǎn)3： 安裝可靠性有待提高。 輪轂電機(jī)工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求，同時(shí)在設(shè)計(jì)上也需要為輪轂電機(jī)單獨(dú)考慮散熱問題。 因此對(duì)高效率的輪轂電機(jī)有著更高的要求。效率更高，功率密度更高的電機(jī)可以在散熱密封等方案上可以使電機(jī)具有更多的空間進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝。深圳市實(shí)能高科動(dòng)力設(shè)計(jì)的全封閉高功率密度輪轂電機(jī)方案，功率密度是目前應(yīng)用技術(shù)的2-5倍，同時(shí)保持了>95%的超高效率，是輪轂電機(jī)劃時(shí)代的技術(shù)方案。 結(jié)語(yǔ)：與電動(dòng)機(jī)集中動(dòng)力驅(qū)動(dòng)相比，輪轂電機(jī)技術(shù)具備很大的優(yōu)勢(shì)，它布局更為靈活，不需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)也有自己的顯著不足，比如密封和起步電流/扭矩間的平衡關(guān)系，以及轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的差速問題等等，高功率密度高效率的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以使輪轂電機(jī)技術(shù)更快的應(yīng)用于新能源車型，將在未來的新能源車中擁有廣闊的前景。 本田研發(fā)的輪轂電機(jī)實(shí)物 、